生物質的添加對煤氣化過程中煤灰熔點特性調控的研究

《生物質的添加對煤氣化過程中煤灰熔點特性調控的研究》是依託太原理工大學，由秦育紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：生物質的添加對煤氣化過程中煤灰熔點特性調控的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：秦育紅
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

通過添加生物質達到對煤灰熔點性質的調控是提高煤氣化效率，降低灰處理量的有效手段。本項目主要圍繞添加生物質後，煤灰中低共熔混合物的形成過程及生物質中鹼金屬對煤灰形成途徑的影響進行研究。在局部的氧化/還原反應氣氛下將樣品加熱到近灰熔點溫度或灰熔點溫度，利用熱台顯微鏡結合原位X射線粉末衍射儀，觀測和分析樣品低共熔混合物尤其是共熔晶體的形貌、晶體形態和結構的改變。利用浮沉分離實驗製備含不同礦物組分的煤樣與生物質進行共氣化研究，考察礦物質之間由於固固擴散所引起的低共熔混合物的形成過程及規律。在實驗數據的基礎上，結合多相多組分的熱力學平衡計算方法構建高溫煤灰組分中主要組分的三元相圖，得出煤灰中主要無機氧化物之間的物相變化、組分與灰特性的關係，分析並預測煤灰熔點特性的變化規律，為煤氣化過程中助熔劑的選擇提供理論依據。

結題摘要

含碳物料的氣化技術是熱效率最高、產品最多樣化、最潔淨的能源轉化途徑，在煤氣化爐中添加生物質是最佳化我國能源結構、實現能源多元化、清潔化和低碳化利用的途徑之一，生物質的引入而引起的一系列與灰相關的問題是目前限制煤和生物質共氣化商業化進程的主要因素。本研究從巨觀-微觀-分子三個層次探討了鹼金屬對煤灰形成途徑的影響以及礦物質的轉變對氣化過程的影響。在巨觀尺度上，以晉城煤為基準所計算的灰產率和在弱還原氣氛下所測得的灰熔融溫度都會隨著水稻秸稈添加比例的增加降低，20%的水稻秸稈添加就可以使晉城煤灰熔融溫度降低至1369ºC，即能滿足現代液態排渣的氣流床要求；而做為對比試驗的IL#6煙煤與麻風樹籽煉油廢棄物的灰產率和灰熔融溫度與生物質添加比例不成正比，表明生物質的添加對煤灰熔融特性的影響是與具體物料中灰的化學成分和礦物質成分相關。在微觀尺度上，高溫熱台單顆粒氣化實驗表明共混物料灰熔融特性的改變是雙向的，水稻秸稈的灰熔點由於晉城煤顆粒的添加會升高，晉城煤的灰熔點會隨著水稻秸稈的添加而降低，氣化氣氛是灰熔融特性改變的主要因素；在分子水平上，SiO2-Al2O3-CaO三元相圖表明弱還原氣氛下，水稻秸稈的添加導致易於形成由莫來石、石英和鈣長石三相所組成低共熔混合物；低熔點化合物和低共熔混合物在晉城煤焦表面的流動，以及晉城煤焦結構無序化的增強，使水稻秸稈成灰後對晉城無煙煤氣化轉化率起促進作用；用化學分餾法對生物質灰中鹼金屬進行化學形態的分類，水溶形的、醋酸銨溶形的、鹽酸溶形的和鹽酸不溶形的，用含有不同化學形態鹼金屬的生物質灰與晉城煤共氣化，結果表明水溶形的和鹽酸不溶形的鹼金屬對晉城煤焦有催化作用，晉城煤中礦物質對催化作用有“毒化”作用；2.5%水稻秸稈灰的添加對於晉城脫灰煤焦的催化作用與30%水稻秸稈灰對晉城煤焦的催化作用相似；50%的灰的添加會產生熔聚現象。烘焙預處理工藝使富鉀麻風樹籽煉油廢棄物可以與IL#6煤穩定連續的進行共氣化歸因於成灰元素氯的揮發。這些研究結果可以為共氣化過程中與灰相關的沉積、積垢、燒結、腐蝕和熔聚等問題提供理論基礎。